Otto Döngüsü Motorlarında Akıllı Güçlendirme için Sürücü

Otto döngüsü motorları – dünya çapında yolcu araçlarına hükmeden benzinli güç implantları – bu sınırlamayı termal verimliliği, throttle yanıtını ve emisyon uyumunu artırmak için doğru bir baskı oluşturuyor. Geleneksel turboşarjlama, elektrikli motorun anlık yanıtını kullanarak motoru azalttı.Bu entegrasyon kaçınılmaz olarak hızlanan ve hızlanan bir artışla ortaya çıkıyor: turbo gecikme, elektriksel turbo şarj ünitesini korumak için bu sınırlamayı ele alıyor.

Automakers giderek daha fazla karma turboşarjı, pahalıya uygun bir şekilde güçlendiriyor ve tam elektrikli güçlendiriciliğe doğru adım atıyor - sadece on yıl önce çelişkili görünüyordu.

Geleneksel Turbocharging ve Onun Inherent Limitleri

Geleneksel turboşark, bir kompresör tekerleğini devirerek, yüksek havayı silindirlere ekleyen bir kompresörü geri dönüştürmek için bir türbin tekerleği kullanır.Bu mimari önemli güç kazanımlar sağlar, ancak geri dönüş montajını hızlandırmaya alışık tamamen egzoz enerjilerine bağlıdır. Düşük motor hızlarında - yavaş bir köşeden çıkmak veya çıkmak - egzoz akışı hızla spine yetersizdir.

Mühendisler bunu daha küçük düşük maliyetli turbospalama güç çıkışı ve geçici yanıt arasındaki uzlaşmayı azaltan, hibrit turboşarjların etkili köprüler bıraktığı bir performans boşluğunu terk etti.Ancak, akış özelliklerini dinamik olarak ayarlar.

Altta yatan fizik basittir: Motor hızı ve yük ile enerji ölçekleri. Boşluk ve düşük seyir koşullarında, turboşarı hızla hızlandıracak kadar entalpi yoktur. Bu bir tasarım kusuru değil, egzoz odaklı sistemler için fiziksel bir sınırlaması sunar. Hybrid turbocharating, temel olarak motor hızı ile olan ilişkisini değiştirmek ve kullanılabilirliği artırmak için dış bir enerji kaynağı sunar.

Dahası, geleneksel turboşarjcılar motor üzerinde termal bir yük yükler. Sürekli yüksek yük işlemi sırasında aşırı sıcaklıklardan kaynak bileşenleri korumak için, mühendisler hava yakıt karışımlarını zenginleştirmeli, yakıt tüketimini ve CO2 emisyonlarını artırmalı.Bu zenginleştirme stratejisi aynı zamanda doğrudan emisyonlar yükseltmektedir - doğrudan şarj motorlarında artan bir düzenleyici endişeyi artırır.

Hibrit Turbocharging Nedir?

Hibrit turboşarj, doğrudan turboşarj topluluğuna entegre eder. Bu motor, kompresör aşamasını bağımsız olarak egzoz gazı akışına döndürebilir, talep üzerine anında bir artış sağlayabilir veya sistem iki birincil modda çalışır: düşük egzoz enerjileri sırasında, elektrikli motor, turbo milleri milinin milisaniyede bir hedef haline getirir; yüksek yük işlemi sırasında, motor, yüksek yük basıncı artırmak için türbini ekleyebilir veya jeneratör olarak hareket edebilir veya araç yükünü şarj edebilir.

Bu çift rol, hibrit turboşarjı, genel güçlenme verimliliğini artıran bir rejeneratif cihazdır. Elektrikli yardım, mühendislere geçici yanıt vermeden daha büyük, daha verimli kompresör ve tür aşamalarını seçmelerini sağlar.In effect, hibrit turbocharging decouples hava akışı motor hız ve egzoz talpi, kalibrasyon mühendislerini drivability.

48 volt hafif bir araç için tipik bir hibrit turboşarj seti, bu mimariler arasındaki seçim ambalaj kısıtlamalarına, hedef kuvvetlendirici bir motora ve aracın elektrik sistemi gerilimine bağlı olarak, diğerlerinden bazıları motoru ortak bir mile entegre ederken, motoru entegre ederken, diğerlerinden biri de ortak bir mile entegre eder.

Mekanik mimarisinde önemli bir ayrım yatıyor. Kırk sekiz volt sistemleri hafif hibritler için iyi uygundur ve kısa süreler için elektrikli güçlendirici sistemlerin 5-6 kW'a kadar tasarruf sağlayabilir.

Anahtar bileşenleri ve Sistem Layoutout

Elektrikli Motor-Generator Unit

Hibrit turbo'nın kalbi, yüksek frekanslı bir bariyer ve sıvı soğutma ile donatılmış kompakt, yüksek hızlı motor, turbocharger'in işletim aralığıyla eşlemek için 120,000 rpm'den fazla bir şekilde şarj edilebilir.Alantılı motor, aracın elektrik sisteminin yoğun ısısını elde etmek için - yüksek frekanslı değişkenli kontrol için gerekli. Gelişmiş hız kontrolü için gerekli olan motor.

Rotor tasarımı kritiktir: Motor, aşırı dereceden yüklendiği zaman hızlarını işletmek için hızlı bir şekilde hızlandırmalıdır. Bazı uygulamalar, eğimli ve yüksek hızlı stabiliteyi azaltmak için kollektif motorlar kullanıyor.Köpürücü yönetim meydan okuması aşırı derecede fazla olamaz - monte edilen ısıtılmış bir ısıtılmış ısıtılırken, kabloların etrafındaki su ceketleri de dahil olmak üzere sofistike soğutma stratejileri gerektirir.

Enerji Depolama ve Güç Tedariki

Hibrit turboşarj birkaç saniye boyunca yüksek güç patlamalarını talep ediyor, kalıcı olarak 48 volt lityum-iyon aküye mükemmel bir şekilde uygun.Seks, şarj araçları için 5-6 kW elektrik artışı sağlar, hatta daha yüksek elektrikli güç sağlar - 20 kW veya daha fazla - herhangi bir perceptible mimari olmadan daha büyük kompresörler kullanılmadan daha büyük bir şarj.

Battery kimyası ve termal yönetim önemli düşüncelerdir. Mekanik hücreler enerji yoğunluğu yerine yüksek nabız gücü için optimize edilmiş ve sistemin kesintisiz enerji teslimatına ve yeniden şarj bisikletine ihtiyacı olduğu gibi, bazı uygulamalar en yüksek mevcut zirveleri işlemek için bataryalarla birlikte süper kapasiteye sahiptir, ana batarya paketinde stres azaltır ve hizmet hayatına uzatılır.

Power Electronics ve Control Strategy

Yüksek hızlı bir inverter bataryayı ve motoru, tam olarak tork ve hızları kontrol eder. motor kontrol ünitesi (ECU) throttle pozisyonunu izler, satın alma katmanı baskı ve sürücü gerçek zamanlı talep eder. Sürücü ipuçları throttle'a girdiğinde, ECU, kompresörü 300-500 milisaniye içinde hedef artırmak için elektrik motoru komutları döndürür - ana türbin yanıt verebilir.

egzoz enerjisi yükselirken, elektrikli katkı muslukları kapalı ve motor, bir turbo şarjlı Otto motorun sürüş karakterini dönüştürmek için nesil modu geçebilir. Bu tahmin edici kontrol stratejisi, elektrikli güçle dolu bir karışımı sağlar, bir turbo şarjlı Otto motorunun sürüş karakterini dönüştürerek kendini azaltır. Gelişmiş algoritmaları her durumdaki motor ve ortam koşullarını da optimize eder, her durumda elektrikli güçlendirme profili optimize eder.

Kontrol yazılımı ayrıca tork hiccups olmadan motor ve modlar arasındaki geçişi de yönetmelidir. Bu, iletim kontrol ünitesi ile ve hibrit araçlarda, traksiyon motor kontrolörü ile hassas bir koordinasyon gerektirir. Sonuç, sürücü açısından şeffaf bir şekilde çalışan karmaşık ama sağlam bir kontrol sistemidir.

Hibrit Turbocharging Otto Motor Sorumluluklarını Nasıl Dönüştürüyor

En belirgin fayda, turbo lag'nin ortadan kaldırılmasıdır. Standart bir turboşarj motorunda, sürücünün tam olarak ikinci veya daha fazla tasarruf etmesi için aniden büyük bir tork talebine sahiptir.Elektrikli yardımla, kompresörün hedef baskı oranını neredeyse anında elde edebilir, 0.3 saniye içinde 90 tonluk bir tepki üretebilir.Bu, rakipleri doğal olarak V8 olarak büyük ölçüde ağır bir şekilde yerine getiren sert bir tepkiye dönüştürür - küçük bir yakıt tüketimine sahip olmak için düşük yakıt tüketimine ulaşır.

Hassasiyet avantajı, iki ayak izi üzerinde aşırı yükleme sırasında, hibrit turboşarj makinesinin otuzlu yıllardan önce önyükleme ve otomatik aktarmalar tamamen açık bir şekilde ortadan kaldırır. Çünkü elektrikli motor dişlileri veya hızlı uçları sırasında artırabilir, motor tüm sürüş döngüsü boyunca kesintisiz tork sağlar. Bu özellik özellikle de iki-klutch ve otomatik iletimlerde tam olarak yüksek oranda azalır.

Bir başka ince ama önemli fayda, yüksek dağda bile tuzlu motorlar, yüksek enerji azaltımı nedeniyle güç kaybeder. Bir hibrit turboşar motor, deniz seviyesindeki performansı korumak için elektrikli desteği kullanabilir, hatta yüksek dağda bile, geleneksel turboların azaltılabileceği yüksek enerji nedeniyle mücadele eder.

Ayrıca, elektrikli yardım, boş bir motordan daha hızlı bir şekilde spool-up sağlar, birçok şarjlı turbo motorun düşmesi için gereken süreyi azaltır.

Verimlilik Kazanıyor ve Yakıt Tüketimi Azaltıyor

Hibrit turboşarj, Otto döngüsü ısı verimliliğini birden fazla mekanizmayla geliştirir. Birincisi, sistem motorun en yüksek verimsiz bölgede çoğu zaman çalışmasını sağlar - düşük motor hızlarında ve yüksek yüklerde – geçici performanstan ödün vermeden. Mühendisler normalde çok iyi kabul edilebilir bir kompresör aşaması seçebilirler; elektrik yardımı yanıt boşluğunu idare eder.

İkincisi, rejeneratif fonksiyon, aksi takdirde atık yoluyla boşaltılacak enerji toplar, aracın serbest bırakılmasını veya alternatör yükünü azaltabilecek faydalı elektrike dönüştürür. Bu enerji kurtarma, tükenen otoyolun bol olduğu yerde en etkili olanıdır ve türbin başka bir şekilde hızlı bir şekilde uzatılmasıdır.

Üçüncü olarak, daha önceki tork teslimine izin vererek, sistem uzun dişli için izin verir, otoyolda motor hızlarını artırmak ve yakıt tüketimini gerçek dünya sürüşünde yüzde 5'e kadar azaltın. Bu, düşük seviyedeki pompalanma kayıpları ile verimlilik kazançları ile yardımcı olur.

Bazı uygulamalar, hibrit turboşarjı bir Miller döngüsü ile birleştirir, satın alma valfleri karmaşık değişkenli kapak mekanizmaları olmadan yakın bir şekilde azaltılırken, yüksek genişleme oranını korurken, bu strateji, yüksek bir hibrit sürücüye yaklaşırken, tam bir hibrit sistemdeki ağırlıktan ve maliyetinden muzdariptir.

Yüzde 3-6'nın ısı verimliliği, gerçek dünya sürüş döngülerinde uygulanabilir, uygulama ve kalibrasyona bağlı olarak.Bu mütevazi görünse de, bir üreticinin filosundaki genel etki, tam elektriklilaştırma gerektirmeden ortalama CO2 emisyonlarını önemli ölçüde azaltabilir.

Emisyonlar ve Düzenleme

Hızlı katalizör ısı-up soğuk başlangıç emisyon standartlarını karşılamak için kritik ve bir hibrit turboşarj burada bir rol oynayabilir.Fron elektrik olarak başlangıç sırasında, motor yönetim sistemi tam olarak kontrol edilen bir yalın-burn veya biraz zengin karışım sunabilir, aşırı ham hidrokarbonlar üretmeksizin.Bu, yüzde 30-50 oranında hafife alma süresini azaltır, soğuk başlangıç emisyonlarını önemli ölçüde azaltabilir.

Ayrıca, geçici ağır hızlanma sırasında zengin yakıt zenginleştirmenin ortadan kaldırılması - Türbindeki ısıtımı serinlemek için kullanılan bir uygulama - hem yakıt tüketimi hem de katılımcı emisyonlar. Konvansiyonel turboşarj motorları genellikle malzeme sınırları içinde egzoz gazı sıcaklıklarını artırmak için zengin karışımlar çalıştırıyor.

Sonuç, AB7 ve Çin 7b sınırları içinde kalan temiz bir Otto motoru, yüksek spesifik çıkışları devam ederken daha kolay bir şekilde sınırlandırmaktadır.Deklimli sayıda emisyon, büyüyen bir düzenleyici odak, çünkü motor, soot öncüleri üreten karışım zenginliğinden kaçınabilir.Bu özellikle de doğrudan-injeksiyon benzinli motorlar için önemlidir, ki bu da duvardan gelen emisyonların üstesinden gelir ve yerel zengin bölgelerin meydan okuması için önemlidir.

[FONT:0)Related reading:[Dönetici: EPA'nın araç emisyonu düzenlemeleri) ek olarak, turboküreleme inovasyonu için çerçeve sağlar.

Meydanlar ve Mühendislik

Termal Yönetim

Elektrikli bir motora yük altından çıkan bir türbin üzerinde durarak önemli bir dayanıklılık meydan okumaları oluşturur. Mühendisler su soğutmalı yatakları, özel yüksek sıcaklık rüzgarları ve ısı kalkanları, motorun mıknatıs ısısını 180 °C'nin altında tutmak için gereklidir.

Malzeme seçimi kritiktir: rotor mil, hem türbin tekerlek hem de motor rotorunu destekleyen geniş bir sıcaklık aralığında mekanik özelliklerini korumak zorundadır. Bazı tasarımları, mil ve konut için Inconel veya diğer süperalloys kullanır, ancak Tirajlar motor körüne sürekli maruz kalmalara dayanabilecek yüksek sıcaklık enamel kaplamalarını kullanmalıdır.

Maliyet ve Kilo Verme

Hibrit turboşarj sistemi, bir motor, dönüştürücü ve ilişkili güç kablolarını 48V bileşenlerin maliyeti hızla düştü, tam bir hibrit turbo montaj hala araç maliyetine kıyasla, geleneksel turbo ile kıyasla birkaç yüz Euro ekleyebilir. Ağırlık, başka bir yerde hafife almalı.

Maliyet-benefit analizi, teknolojinin premium segmentte ve performans modellerinde en çekici olduğunu gösteriyor, müşterilerin yanıt verme ve markalaşma değerlerine değer verdiği. Ancak, ölçeklendirme ekonomileri olarak yavaş yavaş yavaş kitlesel pazarlama araçlarına giriyor ve emisyon düzenlemeleri, verimlilik kazançlarını ortalama uyum için giderek daha değerli hale getiriyor.

Kontrol Kompleksi

Enerji, elektriksel yükselteç, yenileme ve batarya durumu-of-şarıtma, karmaşık gerçek zamanlı algoritmaları gerektirir. Kontrol yazılımı, toplan dalgalanmalara veya sürücüye neden olmadan motor ve modlar oluşturmalı. Over-the-air güncelleştirmeleri ve geniş bir kalibrasyonlar geniş bir ortam koşulları ve yakıt notları arasında hissetmek için gereklidir.

Kalibrasyon çabası önemlidir: Her araç uygulaması, elektriksel yükselteç profili binlerce işletim noktası boyunca haritalandırmayı gerektirir, verimlilik ve dayanıklılık kısıtlamalarına karşı cevap dengelemeyi gerektirir. Transient manevraları ipucu, ipucu ve dişli olayları motor yönetim sistemi ve elektrikli turbo kontrolör arasında dikkatli bir koordinasyon gerektirir.

Gürültü, Titreşim ve Harshness

Elektrikli motor yüksek hızlarda, uygun şekilde maskelenmemiş olsa bile, dönüştürücü devrelerin bu teknolojiyi kullanan araçlarda beklenen prim kabin deneyimini tasarlamaları ve dişli tren (eğer kullanılmışsa) sessiz operasyon için optimize edilmesi gerekir. Aktif ses nesil veya motor hatları bu teknolojiyi kullanan yüksek kabin deneyimini korumak için gerekli olabilir.

Hybrid Turbocharging vs. Diğer Boosting Technologies

Hibrit turboşarj değerini takdir etmek için, alternatif çözümlerle karşılaştırmaya yardımcı olur. Elektrikli süperşarjçılar - seri veya paralel olarak yerleştirilen bir elektrikli kompresörler - anında enerji tasarrufu sağlar ve genellikle batarya kısıtlamaları nedeniyle birkaç saniye boyunca çalışır.

Twin-scroll ve değişken-geometri turboşarlar yanıt geliştirir, ancak düşük rpm'de tükenebilirken 30-50'ye kadar gecikmeyi azaltabilirler, ancak tamamen ortadan kaldıramaz. Twin-turbo kurulumları gaz akışını ikiye katlar, ağırlık ve mekanik karmaşıklığı arttırırlar.

Hibrit turboşarj standları, tek bir kompakt ünitede artış ve yenilenmeyi birleştirir, hem anlık yanıt hem de sürekli yüksek güç çıktısını ikincil bir hava şarj cihazı olmadan teslim eder. Bu konsolidasyon, ambalajı basitleştirir ve parasitik kayıplara kıyasla geleneksel bir turbo ile seride ayrı bir elektrik süperşarj kullanır.

[FONT:0]Further okuma: [Döntgen: 1) Teknik bir büyüme teknolojileri karşılaştırması için, [[Dönetici:2)Garrett Hareketin e-turbo teknolojisi sayfası[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD), üretim-intent hibrit turbo şarj cihazları hakkında mühendislik detayları sağlar.

Modern Araçlarda Gerçek Dünya Uygulamaları

Birkaç otodüktör, laboratuvardan şov odasına kadar hibrit turboşarj taşıdı. A45 ve CLA45 modellerinde, 2.0 litrelik bir dört kişilik bir başlangıç için desteklenen 48V elektrikli kompresörü kullanıyor.Bu motor, yüksek spesifik çıktının toparça yanıt pahasına gelmediğini gösteriyor.

Audi'nin SQ7 ve SQ8 TDI, elektrikli kompresörü kullanıyor, ancak bu bir dizel uygulama; benzin tarafında, Porsche 718 Cayman T ve temel 911 modellerini kullanarak bir elektrikli atık ve hafif-hippibrid çözümü keskin bir yanıt için yardımcı oluyor. Volkswagen Group'un etkili turboşarjını korumak için bilinen, 130 g /km'nin altında bir elektrikli su ısıtıcısı için hazır.

Ferrari'nin 296 GTB, bir fiş-in hibrit düzenlemede ikiz elektrikli turbo ile 120 derece V6'yı kullanıyor, karma turboşarjın en yüksek performans seviyelerinde uygulanabilir olduğu açık bir sinyal. Sistem sıfır turbo lag ile 830 birleşik çıktı sunuyor, bu elektrikli güçlendirmenin aşırı performans gereksinimleriyle birlikte birlikte bir araya gelebileceğini gösteriyor.

BorgWarner ve Garrett Motion, önümüzdeki emisyon standartlarını karşılamak için üreticilerin aktif olarak yardımcı oldu. Birkaç üretim programı, 2025-2027 numaralı araç segmentleri boyunca geliştirilmeye inanılıyor.

Hybrid Turbocharging'in Geleceği

Araç elektrikli kompresörü hızlandırdığı gibi, hibrit turboşarjın rolü evrimleşecektir. Hafif-hybrid mimarileri (48V), elektrikli kompresörler 1.5 litrenin üzerindeki benzinli motorlar için standart bir bileşen haline gelecektir, böylece yüklenebilirlik olmadan devam etmek için eğilim sağlayacaktır.In plug-in hybrids, yüksek gerilimli elektrikli turbolar sorunsuz bir şekilde bir karışımlı toplanlı toplanabilen bir tokron eğrisi ile konserde çalışacaklar.

Bazı araştırma projeleri, hibrit turbo'nın tamamen alternatörünü nasıl değiştirebileceğini, tüm elektrik tüketicilerini tam yük hızları sırasında eksel bir motor olarak çalıştırırken çalıştırabilecek kadar gemi gücünü tamamen araştırıyor.Bu, alternatoru ayrı bir bileşen olarak ortadan kaldırır ve paketleme verimliliğini artırır.

Silikon Otomobil Güç Elektroniki kullanan Gelişmiş motor tasarımları, 48V sisteminde 15 kW'ın ötesinde elektriksel güç artırma sözü, turbo gecikmenin son kalıntılarını daha da genişletebilir. silindir deactisyon ve dinamik at-ateş ile birlikte, hibrit turbocharged Otto motoru,% 45'in üzerindeki ısıtıcı hızlara ulaşabilir - mevcut dizel motorlara sahip olabilir - ancak tam hibrit sürüşlerle birlikte maliyetle rekabet edebilir.

Elektrifikasyonun yakınlaştırılması ve teknoloji puanlarını bir iç yanma motoruna yükselterek, hem de çevresel sorumlu, araç elektriklileştirilmesi için yolda önemli bir fikre adım atarak, batarya teknolojisi geliştirilmeye devam ediyor, hibrit turboşar sonunda başka on yıl veya daha fazla bir köprü teknolojisi olarak hizmet edebilir, özellikle de tam ağırlık, maliyet veya altyapı sınırlamaları nedeniyle pratik olarak pratik olarak kullanılabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Hibrit turboşarj, mühendislerin Otto döngüsü motorlarına zorlanuşturma konusundaki temel bir değişim temsil eder.Tıpkıtlı motorun anlık tork tonuyla, sistem performansı ve yakıt ekonomisi arasındaki uzlaşmayı çözmüş durumda.

Maliyetler azalır ve endüstri yaygın 48V elektriklileştirmeye doğru hareket eder, hibrit turboşarj, giderek daha fazla elektrikli bir dünyanın son bölümündeki Otto döngüsü motorunu nasıl yapacağını bilmek için ikna edici bir cevap verir.For filos and üreticileri, hibrit turbocharging, emisyonların hedeflerini karşılamak için pratik, maliyet-malzeme alanı sunar.